BEMIL 현장 취재
북 장사정포 수백발 탐지 및 추적하는 '한국형 아이언돔' 등 본격 개발! 한화시스템 현장취재
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[Radar Zone]
레이다존에서는 ▲수출형 다기능레이다 ▲장거리 지대공 유도무기체계 다기능레이다 ▲장사정포요격체계용 다표적 동시교전 다기능레이다 등 대공방어레이다 3종이 전시된다.
수출형 다기능레이다, 글로벌 첨단 방산시장 정조준
수출형 다기능레이다는 국내 기술로 개발한 한국형 미사일방어체계의 핵심 무기체계이자 천궁으로 더 잘 알려진 ‘중거리 지대공 유도무기체계’ 다기능 레이다(MFR, Multi Function Radar)의 수출형 모델이다.
복잡한 전장 환경에서 한 개의 레이다로 전방위∙다수 표적에 대해 탐지∙추적∙피아식별∙미사일 유도 등을 수행할 수 있는 국내 최초 3차원 위상배열 다기능레이다다. 중거리 표적 항공기에 대한 탐지∙추적∙피아식별과 대전자전을 수행할 수 있으며, 요격 유도탄의 포착∙추적∙교신의 교전 기능 등 복합 임무를 단일 레이다를 통해 수행할 수 있다. 특히, 해외 선진국의 최신 기술과 동등한 능동위상배열안테나(AESA)를 적용해 기술 경쟁력도 확보했다.
한편, 중거리 지대공 유도무기체계는 지난 1월, 아랍에미리트(UAE) 수출 소식이 전해지며 K-방산의 경쟁력과 함께 집중 조명 받았다. 국내 방산 역사상 최대 규모의 수출 기록과 더불어, 글로벌 방산시장에서 국내 첨단무기체계의 기술 경쟁력을 입증한 의미 있는 성과였다. 한화시스템은 UAE와 약 11억 달러(약 1조 3000억원) 규모의 중거리 지대공 유도무기체계 수출형 다기능레이다 계약을 체결하며 수출 대열에 합류한 바 있다.
한화시스템이 개발 및 양산한 천궁-II 다기능레이다
한국형 미사일 방어체계 핵심 센서, 장거리 지대공유도무기체계 다기능레이다
우리 군은 ▲북한이 미사일을 발사하기 전에 선제타격하는 킬 체인(Kill Chain) ▲발사 이후 한국형 미사일방어체계(KAMD: Korea Air and Missile Defense)를 통한 공중 요격 ▲피해를 입은 이후 응징을 위한 대량응징보복(KMPR: Korea Massive Punishment and Retaliation)의 3축 체계를 구축할 예정이다.
이 가운데 KAMD는 우리 군이 독자적으로 운영하는 방공-미사일 방어체계로서 ▲패트리엇 미사일 체계 ▲중거리 지대공유도무기체계(Medium range-Surface to Air Missile) ▲장거리 지대공유도무기체계(Long range-Surface to Air Missile) 등 다층으로 구성된다.
우리 정부는 현재 군이 운용중인 패트리엇과 중거리 지대공유도무기체계의 요격 거리가 짧아 북한의 미사일 위협에 대응하는데 제한적 요인이 있다는 문제의 보완이 필요하다고 판단해 2010년 장거리 지대공유도무기체계의 소요 체계를 검토했다.
장거리 지대공유도무기체계는 우리 군이 보유하고 있는 기존의 어떤 대공무기체계보다도 원거리에서 북한의 미사일을 추적하고 조기에 파괴함으로서 우리 국민의 생명과 재산을 지킬 수 있는 대공 방어체계다. 패트리엇 미사일 및 중거리 지대공유도무기과 함께 우리나라의 다층 공중 방어무기체계를 구성하는 핵심 장비이다.
장거리 지대공유도무기체계에서의 교전용 다기능레이다는 ▲항공기∙탄도탄 표적에 대한 탐지 ▲추적과 항공기 피아식별 ▲재머 대응 ▲유도탄 포착∙추적∙교신 등의 교전 기능을 단일 레이다로 다기능 복합 임무를 수행한다.
천궁과 천궁-II 다기능레이다의 항공기∙탄도탄 탐지∙추적 등의 핵심 알고리즘을 고도화해 탐지∙추적거리는 천궁-II 대비 4배 이상으로 증가했고 ▲탄도탄 탐색 영역 ▲탐지추적수와 전자전대응능력 ▲피아식별 능력도 대폭 상승했다. 또한, 고출력 질화갈륨(GaN) 송수신모듈(TRM)을 적용해 해외 선진국 수준의 능동위상배열 안테나 기술도 확보했다.
장거리 지대공유도무기체계 다기능레이다는 탐색개발(’15년~’18년, 국과연 주관)을 통해 주요 핵심기술에 대해 기능 및 성능을 확인했으며, 체계개발(’19년~’24년, 국과연 주관)은 탐색개발 대비 안테나를 4배로 확장해 성능 향상을 목표로 개발∙양산 및 전력화할 계획이다.
한화시스템, ‘한국형 아이언돔’ 장사정포 요격체계 개발 도전
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방위사업청은 2021년 6월, ‘장사정포 요격체계 사업’을 국내 연구개발 방식으로 추진하기로 밝히며 ‘한국형 아이언 돔’ 의 본격적인 개발을 알렸다.
여러 장소에 유도탄 발사대를 설치해 돔(둥근 지붕) 형태의 방공망으로 둘러싸 날아오는 장사정포탄을 요격해 국가 중요 시설과 군사보안시설을 방호하기 위한 ‘장사정포 요격체계’를 확보하는 사업이다. 사업기간은 2022년부터 2035년까지이며 사업 규모는 약 2조8900억원으로 추산된다.
장사정포는 서울∙수도권 및 핵심시설 공격을 위해 시간당 3천 발 이상의 포탄을 발사할 수 있다. 이에 대응하기 위해서는 동시에 수 백발의 포탄을 탐지 및 추적하고 낙하 지점을 정확히 파악할 수 있는 레이다의 역할이 매우 중요하다.
한화시스템이 개발에 나선 장사정포 요격체계용 ‘다표적 동시교전 다기능레이다(MFR)’는 능동위상배열(AESA)레이다를 사용해 다수의 표적을 동시에 탐지 및 추적하고 미사일을 가이드한다. 이에, 다발로 무리지어 날아오는 장사정포를 실시간으로 탐지∙추적∙요격해 국내 주요핵심시설을 보호할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
한화시스템은 세계적인 수준의 최첨단 다기능레이다를 개발하고 있는 국내 유일한 업체다. 한화시스템은 1980년대 후반부터 ▲천마탐지추적레이다 ▲철매-II 다기능레이다, 함정용 추적레이다 개발을 시작으로 다기능레이다의 핵심기술을 확보해왔다. 최근에는 KF-21에 탑재되는 AESA레이다를 비롯해 KDDX용 다기능레이다 및 425위성의 SAR 등 지상∙해상∙항공 및 위성까지 운용 가능한 최첨단 다기능레이다를 개발하고 있으며, 메타표면구조물∙AI∙광자 기술 등 미래의 레이다에 적용될 핵심기술 연구를 지속적으로 수행하고 있다.
한화시스템은 다수의 다기능레이다 개발을 통해 검증된 탐지∙추적 기술을 장사정포요격체계용 ‘다표적 동시교전 다기능레이다’ 개발에 적용해 연속적으로 접근하는 다수의 근접 표적을 완벽하게 대응할 수 있도록 개발할 계획이다.
[Space Zone]
스페이스존에서는 국내 최초로 100kg 이하∙해상도 1m급 성능 개발에 성공한 ‘초소형 SAR위성’과 ‘저궤도 통신위성’ 그리고 저궤도 통신위성의 핵심기술인 ‘위성간통신링크(ISL, inter satellite links)용 레이저 통신 터미널’과 ‘레이저 통신 지상 터미널’을 선보인다.
우주 분야의 판을 바꿀 게임체인저, 작지만 강한 초소형SAR위성
감시정찰 위성은 위성에 탑재하는 센서의 종류에 따라 전자광학(EO)위성과 SAR(Synthetic Aperture Radar, 합성개구면레이다) 위성으로 나눌 수 있다. 전자광학 위성은 사람의 눈처럼 빛(가시광선)을 이용한다. 이러한 이유로 빛이 없는 야간이나 악천후의 날씨에는 감시 정찰이 제한되기도 한다. SAR 위성은 전자광학 위성과 다르게 마이크로파를 이용해서 낮과 밤을 가리지 않고 구름·눈·안개 등을 통과할 수 있다. 기상 조건에 제한되지 않아 ‘상시’ 감시정찰 목적에 부합돼 감시정찰 위성으로써 많은 주목을 받고 있다.
하지만 위성을 통한 감시정찰에는 단점도 있다. 위성의 공전과 지구의 자전으로 인해 위성이 관심 지역을 지나칠 때만 감시 정찰이 가능하므로 관측 정보를 획득하는 데 시간이 걸린다. 이를 보완하기 위해, 다수 위성으로 빈번하게 관심 지역을 방문해 관측 정보를 빠르게 얻을 수 있는 감시정찰 임무를 수행하는 SAR 위성군이 개발되고 있다. SAR 위성은 야간∙악천후에도 영향을 받지 않고 전천후 영상정보 획득이 가능한 위성으로 영상 해상도 1m급의 성능을 보유하고 있다.
특히, 한화시스템에서 개발한 초소형 SAR 위성은 SAR 탑재체와 본체 및 태양전지판이 일체화된 얇은 직육면체 형태(세로 2m∙가로 1m )로 경량화했다. 이러한 설계를 통해 하나의 발사체에 최대한 많은 위성을 실을 수 있어 발사 비용을 절감하며 발사 효율을 극대화 시켰다. 초소형 SAR위성은 군집 운용을 통해 관심 지역을 빈번하게 방문할 수 있어 준 실시간 감시가 가능하다. 이에, 관심 지역을 지나칠 때만 감시 정찰이 가능했던 기존 정지궤도 위성의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
한화시스템은 레이다 분야에서의 다양한 경험과 독자적 개발 역량을 바탕으로 국내 최초로 100kg 이하∙1m급 성능을 자랑하는 초소형 SAR 위성 국산화를 성공했으며 본 기술을 기반으로 향후 0.5m 급 해상도가 가능한 SAR위성을 개발을 준비하고 있다.
* 영상레이다(SAR: Synthetic Aperture Radar): 공중에서 지상 및 해양을 관찰하는 레이다로 레이다를 순차적으로 쏜 이후 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 처리하여 지상지형도를 만들거나 지표를 관측하는 레이다 시스템, 레이다를 사용하기 때문에 주간 및 야간, 그리고 악천후에도 고해상도 영상 획득 가능
한화시스템, 우주 인터넷 분야에 과감히 투자
저궤도 통신위성은 지구 상공에 수백~수천 기의 인공위성을 배치해 지상 통신망의 도움 없이도 언제 어디서나 인터넷 서비스를 제공하는 차세대 기술로 지구 저궤도(500~1200㎞)에 막대한 수의 소형 통신위성을 쏘아 올려 전세계를 연결하는 우주인터넷을 말한다. 위성통신 서비스는 인터넷 접속이 어려운 오지·해상·공중 등 세계 어느 곳에서도 24시간 안정적인 통신을 제공할 뿐만 아니라, 항공기·선박·기차·차량·UAM 등에 간단한 안테나 설치를 통해 움직이는 대상에 대한 끊김 없는 초공간 인터넷 서비스를 제공한다.
모건스탠리(Morganstanley)는 2040년 세계 우주산업 시장 규모를 1조1000억 달러(약 1529조원)로 전망했는데, 이 가운데 4000억 달러(약 556조원) 이상이 우주 인터넷 시장의 몫으로 알려져있다. *현재 환율 기준
한화시스템은 이런 이유로 2021년 8월, 세계적인 ‘우주인터넷’ 기업 원웹(OneWeb)에 3억 달러(약 3,450억원, 투자당시 환율 1150원 기준) 투자 계약을 체결하며 뉴 스페이스(New Space) 세계무대에 본격적으로 뛰어들었다. 현재까지 아마존을 비롯한 세계적 기업들이 저궤도 위성을 이용한 우주인터넷 사업 계획을 발표하고 있지만, 현재 실제로 위성을 띄워 서비스를 제공하는 곳은 원웹과 스페이스X뿐이다. 한화시스템은 세계적인 위성·안테나 기술을 바탕으로 원웹과 시너지를 낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.
차세대 저궤도 위성통신의 핵심 키워드, ‘ISL’
ISL(위성간통신기술, Inter Satellite Link)은 저궤도 위성통신 서비스를 위한 기술로 위성 간 데이터를 ‘레이저’로 주고받아 초고속 우주 인터넷 서비스를 제공할 수 있는 차세대 저궤도 위성통신의 핵심 기술이다. ISL 기술을 적용된 저궤도 위성은 레이저로 위성간 대용량의 데이터를 지연없이 빠르게 처리할 수 있다. 이에, 최근 미국의 SpaceX∙유럽의 OneWeb 등을 중심으로 초고속 우주인터넷 서비스 제공을 위한 ‘ISL 탑재 저궤도 위성 통신망’ 구축이 시도되고 있다.
한화시스템은 40년 이상 쌓아온 광학 레이저 기술력을 바탕으로 ▲ PAT(초정밀 지향∙추적 기술, Pointing Acquisition and Tracking) ▲고속 레이저 모뎀 기술 등 핵심 기술과 이를 활용한 초경량 초고속 레이저 통신 터미널 시제품을 2021년부터 자체 개발 중이다.
한화시스템이 개발중인 ‘ISL용 레이저 통신 터미널’은 저궤도 위성의 ISL(위성간통신, Inter Satellite Link)을 위한 통신 단말로 5000km 이상의 거리에서 기가(Giga-bps)급 통신을 제공한다. 2023년까지 PAT 기술 등 핵심 기술과 성능의 검증을 목표로 레이저 통신 터미널 시제품을 개발할 예정이다.
또한, 한화시스템은 ‘레이저 통신 지상 터미널’ 개발에도 공을 들이고 있다. ‘레이저 통신 지상 터미널’ 은 우주와 지상을 레이저로 연결하여 대용량의 데이터를 송수신하는 시스템으로 무선주파수 대비 수십 배 빠른 속도로 대용량 데이터를 송수신 할 수 있다. 그동안 위성의 활용에 제약으로 작용했던 지상국과의 통신 속도를 개선함으로써 초고속 우주 인터넷 서비스뿐만 아니라 영상 자료 등 대용량의 데이터 전송이 필요한 재해 및 안보분야 등에서도 핵심적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
한화시스템은 자체 개발중인 차세대 저궤도 위성 통신 기술력을 바탕으로 현재 국방과학연구소가 주관하는 미래도전과제인 ‘위성간 레이저 통신용 고속 PAT/Transceiver 기술 1단계’와 ‘저궤도 위성-지상간 레이저 통신용 지상단말기 기술 1단계’ 개발에 참여하고 있다. 이를 통해 국방분야에서도 위성-위성간, 위성-지상간 레이저 통신 단말 기술을 개발해 향후 저궤도 위성군에서 사용할 수 있는 레이저 통신용 단말기를 개발하게 될 예정이다.
[Communication Zone]
커뮤니케이션존에서는 우주 인터넷 실현을 위한 핵심 기술 중 하나인 ‘전자식 위성통신 안테나’와 모든 플랫폼간 유기적 연동 및 신속한 정보 공유를 위한 ‘통합단말기’가 전시된다.
우주인터넷 시대 실현을 위한 핵심 기술, 전자식 위성통신안테나
‘뉴 스페이스 시대’ 우주 인터넷을 실현하기 위해 무엇보다 중요한 기술이 수천 개의 위성과 지상 네트워크를 연결해 위성과 지상간 안정적인 통신망 구축을 가능하게 하는 ‘위성통신 안테나’ 기술이다. 한화시스템은 '전자식 위성통신 안테나' 관련 해외 선진 기업들을 차례로 인수 및 투자하며 우주 위성 사업분야를 폭넓게 확대해 나가고 있다.
2020년 6월, 영국의 위성통신 안테나 전문기업 ‘페이저 솔루션’의 사업을 전격 인수하고 한화페이저를 설립해 반도체 기반 차세대 위성통신 안테나인 ‘전자식 빔 조향 안테나(Electronically Steerable Antenna, ESA)’설계 개발에 집중하고 있다. 한화페이저는 평면 디자인∙안테나 빔 조향 및 안테나 송수신 제어 반도체 칩 설계 기술 등 업계 선행 기술로 평가받고 있는 독자적인 기술을 보유하고 있다.
2020년 12월에는 미국의 ESA 기술 선도기업인 카이메타(Kymeta)에 3000만달러(한화약 330억)를 투자해 전략적 파트너십을 맺었다. 2021년부터 카이메타 위성 안테나 제품의 한국 시장 독점 판권을 확보하여 국내외 시장 개척에 나서고 있으며 차세대 전자식 위성통신 안테나 공동개발도 계획하고 있다.
가격 경쟁력·양산성·제품 확장성에서 높은 평가를 받고 있는 카이메타의 안테나 제품은 메타구조의 위성통신 빔 조향 기술을 구현하고 있다. 메타구조는 위성 안테나 유리기판 상에 미세 패턴을 형성하여 전파·소리·빛의 파장과 형태를 조절해 위성과 통신을 용이하도록 하는 기술이다. 위성통신 안테나는 물론 홀로그램·투명망토 등 빛과 음파를 상호 작용하도록 설계하는 새로운 응용분야에 적용되고 있는 첨단기술 중 하나다.
한화시스템은 실용성과 시장성이 높은 카이메타의 메타구조 기반 안테나 기술과 한화페이저의 반도체칩 기반 고성능 안테나 기술을 동시에 확보하여 해상·항공·지상 전 영역의 저궤도 위성통신 안테나 사업 역량을 높여 나간다는 전략이다.
다계층∙초연결 미래형 통합단말기
모든 플랫폼간 유기적 연동 및 신속한 정보 공유를 위한 미래형 통합단말기도 전시된다. ‘통합단말기’는 다계층∙초연결을 지향하는 우리군의 미래 표준 모바일 통신플랫폼이다. 현재 군의 TICN TMFT(전술다기능단말기)와 같은 전술이동통신은 물론 무전기와 같은 단말간 직접 통신을 지원하고, 향후 저궤도 통신위성을 통한 초연결 지휘통제통신 수단을 제공할 예정이다. 상용 스마트폰 연동을 통한 지휘통제 기능을 제공하고, 통신 모듈의 교체만으로 군주파수 기반 LTE∙5G는 물론 미래 6G까지도 진화적 개발이 용이해 향후 군 초연결 전술통신분야의 핵심요소가 될 것으로 전망된다. 한화시스템은 앞으로도 미래 전장의 혁신적인 통신 및 전장 가시화 수단의 첨단 모델을 지속적으로 선보일 예정이다.
* TICN (Tactical Information Communication Network, 전술정보통신체계): 감시 정찰, 지휘 결심, 정밀 타격의 실시간 지휘 통제를 보장하는 전술 통신 기반 체계
* TMFT(Tactical Multi-Function Terminal, 전술다기능단말기): 현재 군 표준 모바일 통신 단말 플랫폼
[Air Zone]
에어존에서는 한화시스템과 美오버에어가 공동 개발중인 ‘버터플라이(Butterfly)’의 개발 기술을 활용한 ‘국방 틸트로터(TR)’ 수직 이착륙기와 항공기의 생존성을 획기적으로 향상시키는 첨단 방어 시스템 ‘지향성적외선방해장비(DIRCM)’를 소개한다.
언제 어디서나 전술적 이동이 가능한 국방 틸트로터(TR)
에어모빌리티 기체 ‘버터플라이’의 수직이착륙∙저소음∙고속 특성을 활용한 ‘국방 틸트로터’는 ▲인원·물자수송 ▲감시·정찰 ▲조명탄 투하 ▲환자 후송 등 다양한 임무수행이 가능하다. 버터플라이의 경우 이착륙시 로터의 방향이 수직으로, 운항시 수평으로 바뀌는 벡터드트러스트(Vectored Thrust) 항공기로 타 기체 형식인 리프트앤드크루즈(Lift and Cruise)와 멀티콥터(Multicopter)대비 ▲고속 ▲에너지효율 ▲저소음 ▲안전성이 뛰어나다. 헬기와 같이 수직 이착륙 장점을 갖고 있어 군이 필요한 작전지역에 제한없이 완전 군장 전투원(5인)의 신속한 전술적 이동이 가능하다. 한화시스템은 이러한 군사적 활용성과 장거리 운항을 위한 추진시스템 개조를 통해 파생 기체 개발도 계획 중이다.
항공기의 생존을 책임지는 첨단 방어 시스템, DIRCM
항공기에 탑재되는 지향성적외선방해장비(DIRCM)는 적의 미사일 위협 신호가 탐지되면 고출력 적외선 레이저(기만 광원)를 탐색기(Seeker)에 직접 조사해 미사일을 교란시켜 아군 항공기의 생존성을 획기적으로 향상시키는 첨단 방어 시스템이다. 한화시스템은 국방과학연구소 주관 시험 개발에 시제 업체로 참여해 2018년에 시제 개발에 성공했다. 2020년엔 자체 투자를 통해 최신 양자연쇄반응레이저(QCL)를 적용한 소형∙경량화∙고출력 기만광원 기술을 확보해 헬기부터 대형 항공기까지 우리 군이 운용중인 다양한 기종의 항공기에 적용 가능할 것으로 기대하고 있다.
*DIRCM: 지향성적외선방해장비, Directional InfraRed CounterMeasures
*QCL: 양자연쇄반응레이저, Quantum Cascade Laser
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